(57)【要約】【課題】金属性の陽イオンの混入により電池特性の劣化を招くことがなく、簡単な操作によって液漏れを生じることなく高濃度メタノール液などの液体を燃料電池に安全に注入することができる燃料電池の液注入装置を提供する。【解決手段】カートリッジノズル側のバルブは、弁体8と、弁座4aと、弁体を弁座のほうに付勢する第１の圧縮スプリング10と、第１の圧縮スプリングにより付勢される弁体と弁座との間に設けられたシールリング11と、ノズルの液吐出口に連通する流路内に配置されたバルブステム8bと、第１の圧縮スプリングを支持する中栓7とを具備し、燃料電池注入口側のバルブは、弁体26と、弁座22aと、弁体を弁座のほうに付勢する第２の圧縮スプリング27と、第２の圧縮スプリングにより付勢される弁体と弁座との間に設けられたシールリング28と、液受入口に連通する流路内に配置されたバルブステム26bと、第２の圧縮スプリングを支持する下部材23とを有する。【選択図】図１
2006286364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の注入口にカートリッジノズルを挿入し、該ノズルを押し込んで該ノズルのバルブおよび注入口のバルブを共に開け、カートリッジから該ノズル及び注入口を介して燃料電池内に液体を注入する燃料電池の液注入装置において、
前記カートリッジノズル側のバルブは、
前記ノズルの液流入口の近傍に配置された弁体と、
前記ノズルの液流入口の周壁に形成された弁座と、
前記弁体を前記弁座のほうに付勢する第１の圧縮スプリングと、
前記第１の圧縮スプリングにより付勢される前記弁体と前記弁座との間に設けられたシールリングと、
前記弁体から前記ノズルのほうに延び出し、前記ノズルの液吐出口に連通する流路内に配置されたバルブステムと、
前記第１の圧縮スプリングを支持するとともに、前記弁体を取り囲むバルブ室スペースを規定する中栓と、
を具備し、
前記燃料電池注入口側のバルブは、
前記注入口の液受入口の近傍に配置された弁体と、
前記注入口の流路の周壁に形成された弁座と、
前記弁体を前記弁座のほうに付勢する第２の圧縮スプリングと、
前記第２の圧縮スプリングにより付勢される前記弁体と前記弁座との間に設けられたシールリングと、
前記弁体から前記注入口の液受入口のほうに延び出し、前記液受入口に連通する流路内に配置されたバルブステムと、
前記第２の圧縮スプリングを支持するとともに、前記弁体を取り囲むバルブ室スペースを規定する下部材と、
を具備することを特徴とする燃料電池の液注入装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の圧縮スプリングは、耐食性に優れた金属材料からなることを特徴とする請求項１記載の液注入装置。
【請求項３】
前記第１及び第２の圧縮スプリングは、表面処理された金属材料からなることを特徴とする請求項１記載の液注入装置。
【請求項４】
前記表面処理は、貴金属めっき又は樹脂コーティングであることを特徴とする請求項３記載の液注入装置。
【請求項５】
前記第１及び第２の圧縮スプリングは、非金属材料からなることを特徴とする請求項１記載の液注入装置。
【請求項６】
前記第１の圧縮スプリングのばね係数ε１を前記第２の圧縮スプリングのばね係数ε２よりも大きくするか又は同等とし、前記燃料電池注入口側のバルブのほうが前記カートリッジノズル側のバルブよりも先行して開くか又は同時に開くようにしたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の液注入装置。
【請求項７】
前記第２の圧縮スプリングのばね係数ε２を前記第１の圧縮スプリングのばね係数ε１よりも大きくし、前記カートリッジノズル側のバルブのほうが前記燃料電池注入口側のバルブよりも先行して開くようにしたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の液注入装置。
【請求項８】
前記第１及び第２の圧縮スプリングは、円筒コイルバネ、台形コイルバネ、板バネのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の液注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話、ノートパソコン、携帯ゲーム機などのモバイル機器の内蔵電源として用いられる小型の燃料電池にカートリッジから高濃度メタノール等の液体燃料を安全に注入するための燃料電池の液注入装置に係り、特に液注入装置のカプラーバルブに用いられる弁体のスプリング構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の電源として固体電解質型燃料電池が注目されており、その実用化に向けて開発が急ピッチで進められている。開発のコンセプトとして小型かつ平面形状であり、かつ少量の燃料消費で高出力を取り出すことがあげられている。高出力を取り出すために発電効率の高い燃料を使用する必要があり、その最も有力なものとして高濃度メタノール液が着目されている。例えば特許文献１には高濃度メタノールを燃料とする燃料電池が提案されている。
【０００３】
高濃度メタノール液を燃料として使用する場合は、系を開放とせずに閉鎖型とし、燃料ポンプ、送気ポンプ、燃料濃度センサー等の各種補助機構を内蔵させ、燃料が電池内部だけで消費されるようにする必要がある。高濃度メタノールは、人体に有害であり、低沸点であることから容易に揮発蒸散し、その蒸気を人間が吸い込むおそれがあり、安全衛生上の観点から外気に曝すことができないからである。
【０００４】
しかし、使用中に燃料電池内のタンクが空になり、カートリッジから液体燃料を燃料電池タンクに補給する場合は、カートリッジの液吐出口をあけたり電池本体の注入口を開けたりするので、一時的であるにしても系が開放され、高濃度メタノールが外部に漏れ出すおそれがある。上述のように高濃度メタノールは人体に有害な危険物であるので、
安全衛生上の観点から燃料補給時においても絶対に外部に漏れ出してはいけない。燃料を補給する操作はユーザーが行うため、誰が操作しても液漏れを生じることなく安全確実に燃料を補給できることが要請されている。
【特許文献１】特許第３４１３１１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、液注入用カップラーにはバルブを開閉駆動するために圧縮コイルスプリングが利用されるが、燃料電池に使用するカップラーのバルブ機構の場合、高濃度メタノール液に金属スプリングが接触すると、金属スプリングから鉄、クロム、ニッケルなどの金属元素の陽イオンが溶け出し、この金属陽イオンが電池反応を生じる部分に混入して電池特性の劣化を招くことが危惧される。金属陽イオンの混入は例えその量が微量であっても電池特性に大きく悪影響を及ぼすため、接液部からの金属陽イオンの溶け出しはあってはならないものである。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、簡単な操作によって液漏れを生じることなく高濃度メタノール液などの液体を燃料電池に安全に注入することができ、かつ金属陽イオンの混入による電池特性の劣化を生じない燃料電池の液注入装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る燃料電池の液注入装置は、燃料電池の注入口にカートリッジノズルを挿入し、該ノズルを押し込んで該ノズルのバルブおよび注入口のバルブを共に開け、カートリッジから該ノズル及び注入口を介して燃料電池内に液体を注入する燃料電池の液注入装置において、前記カートリッジノズル側のバルブは、前記ノズルの液流入口の近傍に配置された弁体(8)と、前記ノズルの液流入口の周壁に形成された弁座(4a)と、前記弁体を前記弁座のほうに付勢する第１の圧縮スプリング(10)と、前記第１の圧縮スプリングにより付勢される前記弁体と前記弁座との間に設けられたシールリング(11)と、前記弁体から前記ノズルのほうに延び出し、前記ノズルの液吐出口に連通する流路内に配置されたバルブステム(8b)と、前記第１の圧縮スプリングを支持するとともに、前記弁体を取り囲むバルブ室スペースを規定する中栓(7)と、を具備し、前記燃料電池注入口側のバルブは、前記注入口の液受入口の近傍に配置された弁体(26)と、前記注入口の流路の周壁に形成された弁座(22a)と、前記弁体を前記弁座のほうに付勢する第２の圧縮スプリング(27)と、前記第２の圧縮スプリングにより付勢される前記弁体と前記弁座との間に設けられたシールリング(28)と、前記弁体から前記注入口の液受入口のほうに延び出し、前記液受入口に連通する流路内に配置されたバルブステム(26b)と、前記第２の圧縮スプリングを支持するとともに、前記弁体を取り囲むバルブ室スペースを規定する下部材(23)と、を具備することを特徴とする。
【０００８】
第１及び第２の圧縮スプリングは、ＪＩＳ  Ｇ  ４３１４に定めるばね用ステンレス鋼線（例えばＳＵＳ３０４−ＷＰＢ）、ＪＩＳ  Ｇ  ４３１３に定めるばね用ステンレス鋼帯（例えばＳＵＳ６３１Ｊ１−ＷＰＣ）、ＪＩＳ  Ｇ  ３１３０に定めるばね用ベリリウム銅（例えばＣ１７２０Ｗ）、リン青銅（例えばＣ５１９１Ｗ）、及びチタン線材などの耐食性に優れた材料でつくることができる。これらの耐食金属材料の他に、ばね用硬鋼線、ピアノ線、黄銅、ベリリウム銅合金、チタン銅合金、１７・７ＰＨステンレス鋼などの耐食金属材料を用いることもできる。
【０００９】
第１及び第２の圧縮スプリングは、表面処理された金属材料でつくることができる。表面処理層としては、金（Ａｕ）めっき、白金（Ｐｔ）めっき、ロジウム（Ｒｈ）めっきなどの貴金属めっきを用いるか、または表面に薄い酸化皮膜を形成するチタンめっきを用いるか、あるいは非金属コーティング層として炭素（例えばダイヤモンド・ライク・コーティング（ＤＬＣＣ））、フッ素などの樹脂コーティングを用いることができる。高濃度メタノール液が接触する部分に鉄、クロム、ニッケル、銅などの卑金属材料を用いると、メタノール液中に溶け出した陽イオンの混入により電池特性の劣化を招くことが危惧されるので、接液部分には卑金属材料が露出しないようにする必要があるからである。
【００１０】
また、第１及び第２の圧縮スプリングは非金属材料でつくることができる。カーボン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などの耐メタノール性（耐薬品性）に優れた樹脂などの非金属材料を用いて圧縮コイルスプリングを作製することが可能である。
【００１１】
第１の圧縮スプリングのばね係数ε１を前記第２の圧縮スプリングのばね係数ε２よりも大きくするか又は同等とし、前記燃料電池注入口側のバルブのほうが前記カートリッジノズル側のバルブよりも先行して開くか又は同時に開くようにすることができる。一方、第２の圧縮スプリングのばね係数ε２を前記第１の圧縮スプリングのばね係数ε１よりも大きくし、前記カートリッジノズル側のバルブのほうが前記燃料電池注入口側のバルブよりも先行して開くようにしてもよい。バルブの開閉順序はいずれの場合であっても液漏れ防止効果を奏することはできるが、より安全な液漏れ防止効果を達成するためには、弁体付勢圧縮スプリングのばね係数を前者の関係（ε１＞ε２）か又は同等の関係（ε１＝ε２）とし、電池本体側バルブ２６のほうが先に開くか又は同時に開くようにすることが望ましい。液体燃料がカートリッジノズル６から吐出される際に電池本体側バルブ２６が開いていれば、液体燃料が円滑かつ迅速に電池本体内のタンクに入っていくことができるからである。
【００１２】
第１及び第２の圧縮スプリングは、円筒コイルバネ（図１〜図５）、台形コイルバネ（図７）または板バネ（図８）のいずれの形状としてもよい。円筒コイルバネは、形状が単純であるので製造しやすく、ばね係数を容易に調整できるというメリットがある。一方、台形コイルバネは、圧縮されたときにコイル同士が重なり合わないようにして最小厚み（軸方向サイズ）をスプリング線材の径まで小さくできるというメリットがある。携帯電話のようなモバイル機器では燃料電池を小型化する要求が強くある。台形コイルバネを用いると、バルブ室内における圧縮時のスプリングの占有容積を最小にすることができ、弁体の変位ストロークをかせぐことができるとともに、バルブ室を可能な限り小さくすることができるという利点がある。板バネも同様の利点がある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、金属陽イオンの混入による電池特性の劣化を生じることなく、簡単な操作によって液漏れを生じることなく高濃度メタノール液を燃料電池に安全に注入することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付の図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１５】
本発明の燃料電池の液注入装置は、図１に示すようにカートリッジ１と燃料電池本体側の注入口２０とを組み合わせて構成されるものであり、図２〜図５に示すようにカートリッジ側カップラーとしてのカートリッジノズル６を本体側カップラーとしての注入口の液受入口２０ａに挿入して液体燃料としての高濃度メタノール液を燃料電池本体内のタンク（図示せず）に供給するようになっている。
【００１６】
カートリッジ１は、液体燃料としての高濃度メタノールが収容された貯液スペース３を規定する容器２と、容器２の一端側に形成された開口部２ａを取り囲むように取り付けられたカートリッジベース４と、容器開口部２ａに設けられたカートリッジノズル６とを具備している。容器２は、円筒状、紡錘状、偏平筒状あるいは角筒状など種々の形状とすることができる。カートリッジベース４とカートリッジノズル６は一体成形された成形品であり、カートリッジノズル６はカートリッジベース４から外方へ延び出している。このベース４／ノズル６の一体成形品と容器開口部２ａと中栓７との間は断面コ字状のゴムパッキン５でシールされている。
【００１７】
カートリッジノズル６は、バイオネットカップラー要素としての溝６ｇが外周に刻み込まれたノズル本体と、ガイドピン８ａ及びニードル（バルブステム）８ｂを有するバルブ８と、このバルブ８の弁体部分を取り囲みバルブ室スペース９を規定する中栓７と、バルブ８の弁体部分をバルブシート４ａのほうに付勢する圧縮スプリング１０と、バルブシート４ａに押圧可能に弁体の保持溝８ｈに保持されたシールリング１１とを具備している。
【００１８】
中栓７は、その形状がハット状またはカップ状をなし、フランジ７ｂがゴムパッキン５を介してカートリッジベース４に着脱可能に保持されている。中栓７は薄肉の樹脂（例えばＰＥＥＫ）からなり、ある程度の可撓性を有するものである。これを組み立てる場合は、バルブ８を中栓７のなかに組み込み、カートリッジベース４に接着されたゴムパッキン５に中栓７のフランジ７ｂを嵌め込み、カートリッジベース４を容器開口２ａに接着するか、及び又はカシメルか、及び又は螺合する。
【００１９】
バルブ８は、前端側（図中にて下側）に延び出す針状又は棒状のニードル８ｂ、および後端側（図中にて上側）に延び出すガイドピン８ａを備えている。ニードル８ｂは、バルブステムとして機能するものであり、ノズル６の流路内に昇降可能に挿入されている。ニードル８ｂの長さはノズル６の流路の全長にほぼ匹敵する程度である。但し、カートリッジ１を電池本体に接続しない未使用状態では、ニードルの先端８ｃがノズルの液吐出口６ａから少し引っ込む程度の長さとすることが好ましい。ニードル先端８ｃの損傷を回避するとともに、液吐出口６ａからノズル流路内にゴミ等の異物が侵入するのを防ぐことができ、また、誤ってバルブが開くことを防止する効果があるからである。
【００２０】
ガイドピン８ａは、バルブ８の上部から上方へ延び出し、中栓７の上部中央の孔７ｃを通って容器側の貯液スペース３内に突出している。中栓の上板７ａには複数の連通孔７ｃが開口し、連通孔７ｃを通って貯液スペース３からバルブ室スペース９内に液体燃料が流入できるようになっている。
【００２１】
ストッパ８ｄがバルブ８の上部に設けられ、バルブ８が軸方向に移動しうる上昇ストローク量が規定されている。すなわち、圧縮スプリング１０の付勢力を上回る力がバルブ８に負荷されたときに、シールリング１１がバルブシート４ａから引き離され、バルブ室スペース９がノズルの液吐出口６ａに連通・開放されるが、バルブ８は無制限に上昇されるのではなく、ストッパ８ｄが中栓の上板７ａに当接するところでバルブ８の上昇が停止するようになっている。
【００２２】
圧縮スプリング１０は、高濃度メタノール液に対して耐食性を有する金属又は合金がメッキまたはコーティングされた金属材料からなる円筒形状のコイルバネであり、そのばね係数ε１が所定の大きさに調整されている。圧縮スプリング１０の一端は中栓の上板７ａの内面に固着され、他端はバルブ８の小フランジに固着されている。
【００２３】
シールリング１１は、高濃度メタノール液に対して耐食性を有する金属又は合金がメッキまたはコーティングされた金属材料からなり、断面が円形のオーリングである。シールリング１１はバルブ８の保持溝８ｈに嵌め込まれている。
【００２４】
次に、燃料電池本体側の注入口２０について説明する。
【００２５】
注入口２０は、上部材２１、中間部材２２、下部材２３、ゴムホルダ２５、バルブ２６、圧縮スプリング２７、シールリング２８、およびバイオネットカップラー要素としての複数の突起３０を具備している。上部材２１、中間部材２２、下部材２３は、ほぼ同径であり、同軸に接合されている。上部材２１は中間部材２２の一端側に螺合され、下部材２３は中間部材２２の他端側に螺合されている。上部材２１、中間部材２２、下部材２３を一体化したアッセンブリは、図示しない燃料電池本体にねじ込まれ、その大部分が燃料電池本体のなかに埋め込まれている。図示しない燃料電池本体の内部には燃料タンクが設けられ、下部材２３と中間部材２２とで規定されるバルブ室スペース２９が孔２３ａを介して燃料タンクに連通している。
【００２６】
注入口の液受入口２０ａは上部材２１の上端部にて開口している。上部材２１の内周面には対向する２つの突起３０が取り付けられ、それぞれが液受入口２０ａに突出している。これら２つの突起３０は、バイオネットカップラー要素として機能し、カートリッジ側のノズル外周の２つの溝６ｇにそれぞれ嵌合しうるような位置と形状に形成されている。リング２４はノズル６と注入口２０との間にできる間隙を塞ぐシール部材として機能する。
【００２７】
ゴムホルダ２５は、環状をなし、その基端部が中間部材２２の凹所に嵌め込まれ、その先端部２５ａが液受入口２０ａのほうに向かって延び出している。ゴムホルダ先端部２５ａの径はカートリッジノズル６の径とほぼ同じである。ゴムホルダ２５は、硬度が所望値の範囲に規定された合成ゴムでつくられている。ノズル６がゴムホルダ先端部２５ａに当接すると、先端部２５ａが弾性変形（圧縮）してノズル６を変位させることができるようになっている。
【００２８】
バルブ２６は、ガイドピン２６ａ、ニードル（バルブステム）２６ｂ、ストッパ２６ｄ、圧縮スプリング２７、シールリング２８、バルブシート２２ａを備えている。圧縮スプリング２７は、高濃度メタノール液に対して耐食性を有する金属又は合金がメッキまたはコーティングされた金属材料からなる円筒形状のコイルバネであり、そのばね係数ε２が所定の大きさに調整されている。圧縮スプリング２７で付勢されたバルブ２６のシールリング２８がバルブシート２２ａに押圧された状態では、バルブ室スペース２９は液受入口２０ａから遮断されている。ノズル側からの押し込み力が圧縮スプリング２７の付勢力を上回ると、シールリング２８がバルブシート２２ａから引き離され、バルブ室スペース２９は液受入口２０ａに連通される。
【００２９】
ここで、カートリッジ側バルブ８と電池本体側バルブ２６のいずれが先に開くか、すなわちバルブの開閉順序は、各々の弁体を付勢している圧縮スプリング１０，２７のばね係数の大小に依存している。カートリッジ側スプリング１０のばね係数ε１のほうが電池本体側スプリング２７のばね係数ε２より大きい（ε１＞ε２）場合は、電池本体側のバルブ２６のほうが先に開き、カートリッジ側のバルブ８が後に開く。一方、電池本体側スプリング２７のばね係数ε２のほうがカートリッジ側スプリング１０のばね係数ε１より大きい（ε１＜ε２）場合は、カートリッジ側のバルブ８のほうが先に開き、電池本体側のバルブ２６が後に開く。なお、カートリッジ側スプリング１０のばね係数ε１を電池本体側スプリング２７のばね係数ε２と同等（ε１＝ε２）にすると、両バルブ１０，２６が同時に開く。
【００３０】
バルブの開閉順序はいずれの場合であっても液漏れ防止効果を奏することはできるが、より安全な液漏れ防止効果を達成するためには、弁体付勢圧縮スプリングのばね係数を前者の関係（ε１＞ε２）か又は同等の関係（ε１＝ε２）とし、電池本体側バルブ２６のほうが先に開くか又は同時に開くようにすることが望ましい。液体燃料がカートリッジノズル６から吐出される際に電池本体側バルブ２６が開いていれば、液体燃料が円滑かつ迅速に電池本体内のタンクに入っていくことができるからである。
【００３１】
これに対して、圧縮スプリングのばね係数を後者の関係（ε１＜ε２）とする場合は、電池本体側バルブ２６の開タイミングが過度に遅れすぎると、カートリッジ容器２の内圧が若干の陽圧（例えば＋０．２〜０．５ｋｇｆ／ｃｍ2）にされていることから、ノズル６から吐出された液体燃料が外部にあふれ出しやすく、液漏れを生じるおそれがあるからである。このため、後者の関係（ε１＜ε２）とする場合は、電池本体側スプリング２７のばね係数ε２をカートリッジ側スプリング１０のばね係数ε１より大きくし過ぎないように留意する必要がある。
【００３２】
ニードル２６ｂは、バルブステムとして機能するものであり、バルブ２６の上部から液受入口２０ａのほうに向かって延び出し、結果として注入口の流路に挿入された状態となっている。ニードル２６ｂの主要部はゴムホルダ２５によって周囲を取り囲まれている。ニードルの先端部２６ｃは、凹状に形成され、カートリッジノズル側バルブの凸状のニードル先端部８ｃに嵌合しうるようになっている。ニードル８ｂ，２６ｂ同士を突き当てたときに、突き当て面積が小さいとオフセットした状態で押しこまれて流路が確保できない場合がある。ニードル８ｂ，２６ｂのオフセットを防止するため、カートリッジノズル側のニードル先端部８ｃを凸状に形成するとともに、注入口側のニードル先端部２６ｃを凹状に形成し、両者を確実に係合させるようにしている。
【００３３】
ガイドピン２６ａは、下部材２３の孔２３ｃを通って燃料タンク（図示せず）のほうに突出している。ストッパ２６ｄがバルブ２６の下部に設けられ、バルブ２６が軸方向に移動しうる上昇ストローク量が規定されている。すなわち、圧縮スプリング２７の付勢力を上回る力がバルブ２６に印加されたときに、シールリング２８がバルブシート２２ａから引き離され、バルブ室スペース２９が液受入口２０ａに連通・開放されるが、バルブ２６は無制限に上昇されるのではなく、ストッパ２６ｄが下部材２３の底部に当接するところでバルブ２６の上昇が停止するようになっている。
【００３４】
なお、ニードル８ｂ，２６ｂ及びガイドピン８ａ，２６ａの外周には溝状凹所（図示せず）が長手軸に沿って形成され、ノズル６の内周壁などとの間に液体燃料が通流しうる流路がそれぞれ形成されている。携帯機器向けカップラーの場合、全体を小さく作る必要があることから流路を確保することが難しい。そのため連通孔７ｄ，２３ａの他にこれらのバルブ要素８ａ，８ｂ，２６ａ，２６ｂに流路形成用の溝又は凹みをそれぞれ形成し、流路の不足を補うようにしている。
【００３５】
容器２、カートリッジベース４、カートリッジノズル６、中栓７、バルブ８，２６、中間部材２２、下部材２３の材質はＰＥＥＫである。上部材２１およびリング２４の材質はステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）である。パッキン５、シールリング１１，２８、ゴムホルダ２５の材質は、それぞれ硬度が調整された合成ゴム（ＥＰＤＭ  ３０°  ５０°）である。
【００３６】
カートリッジ側バルブ８の弁体を付勢する圧縮スプリング１０は、図６（ａ）に示すように、母材１０ｂの全表面が被覆層１０ｃにより被覆されている。また、電池本体側バルブ２６の弁体を付勢する圧縮スプリング２７も同様に、図６（ｂ）に示すように、母材２７ｂの全表面が被覆層２７ｃにより被覆されている。母材１０ｂ，２７ｂは同じ金属材料からなり、また被覆層１０ｃ，２７ｃは実質的に同じ方法で作製された同じ材料からなるものである。
【００３７】
本実施例では、母材１０ｂ，２７ｂとして直径４mmのＪＩＳ  Ｇ  ４３１４に定めるばね用ステンレス鋼線ＳＵＳ３０４−ＷＰＢ線材を用いて圧縮コイルスプリングの形状に成形加工した後に、電解メッキすることにより純金（純度９９．９９％）からなる厚さ３μｍの被覆層１０ｃ，２７ｃを形成した。
【００３８】
本実施例ではスプリングの母材１０ｂ，２７ｂにオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４−ＷＰＢ）を用いたが、ＪＩＳ  Ｇ  ４３１４に定めるばね用ステンレス鋼線（例えばＳＵＳ３１６−ＷＰＡ）、ＪＩＳ  Ｇ  ４３１３に定めるばね用ステンレス鋼帯（例えばＳＵＳ６３１Ｊ１−ＷＰＣ）、ＪＩＳ  Ｇ  ３１３０に定めるばね用ベリリウム銅（例えばＣ１７２０Ｗ）、リン青銅（例えばＣ５１９１Ｗ）、及びチタン線材などの耐食性に優れた材料でつくることができる。これらの耐食金属材料の他に、ばね用硬鋼線、ピアノ線、黄銅、ベリリウム銅合金、チタン銅合金、１７・７ＰＨステンレス鋼などの金属材料を用いることも可能である。
【００３９】
また、スプリングの母材１０ｂ，２７ｂとして、弾性を有する非金属材料を用いることも可能である。例えば、カーボン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などの耐メタノール性（耐薬品性）に優れた樹脂などの非金属材料を用いて圧縮コイルスプリングを作製することが可能である。
【００４０】
被覆層１０ｃ，２７ｃには、表面処理層として形成される金（Ａｕ）めっき、白金（Ｐｔ）めっき、ロジウム（Ｒｈ）めっきなどの貴金属めっきを用いるか、または硬い酸化皮膜を形成するチタンめっきを用いるか、あるいは非金属コーティング層として炭素（例えばダイヤモンド・ライク・コーティング（ＤＬＣＣ））、フッ素などの樹脂コーティングを用いることができる。高濃度メタノール液が接触する部分に鉄、クロム、ニッケル、銅などの卑金属材料を用いると、メタノール液中に溶け出した陽イオンの混入により電池特性の劣化を招くことが危惧されるので、接液部分には卑金属材料が露出しないようにする必要がある。そのためバルブに使用するスプリングには表面処理を行う必要がある。なお、スプリングを除けばその他のメタノールに接液する部材は樹脂と、ゴムにより構成されているため金属性の陽イオンの混入を避けることができる。
【００４１】
次に、図２〜図５を参照してカートリッジから電池本体側に液体燃料を注入する際の動作について説明する。
【００４２】
カートリッジノズル６を注入口の液受入口２０ａに差し込み、注入口側の突起３０をカートリッジノズル側の溝６ｇに嵌合させ、ノズル６を軸方向に直線的に移動させた後に、周方向への移動を開始する。この位置では、図２に示すように、ノズル６の先端がゴムホルダ先端部２５ａに当接した状態となる（ノズルを2.7mm挿入したときにゴムホルダに接触）。
【００４３】
次いで、ノズル６を軸方向と周方向に少し押し込むと、図３に示すように、ゴムホルダ先端部２５ａが弾性変形（圧縮）し、カートリッジ側バルブのニードル先端８ｃが注入口側バルブのニードル先端２６ｃに当接する（ゴムホルダを0.5mm圧縮したときにバルブのニードル同士が接触）。
【００４４】
さらにノズル６を軸方向と周方向に押し込むと、ゴムホルダ２５がさらに圧縮されるとともに、圧縮スプリング２７の付勢力に抗して電池本体側のバルブ２６の弁体の全体が押し下げられ、シールリング２８がバルブシート２２ａを離れる。ストッパ２６ｄが注入口下部材２３の底板に当接する下死点まで押し込むと、図４に示すように、電池本体側のバルブ２６が完全に開く（ゴムホルダを1.0mm圧縮したときに電池本体側バルブが全開）。
【００４５】
さらにノズル６を軸方向と周方向に押し込むと、圧縮スプリング１０の付勢力に抗してカートリッジ側のバルブ８の弁体の全体が押し上げられ、シールリング１１がバルブシート４ａを離れる。ストッパ８ｄが中栓の上板７ａに当接する上死点まで押し込むと、図５に示すように、カートリッジ側のバルブ８が完全に開く（ゴムホルダを1.5mm圧縮したときにカートリッジ側バルブが全開）。
【００４６】
このようにしてカートリッジノズル６の押し込みにより電池本体側のゴムホルダ２５が弾性変形して、カートリッジノズル側のバルブ８および電池本体側のバルブ２６がともに開き、カートリッジ側から電池本体側へ液漏れすることなく液体燃料を注入することができる。なお、カートリッジ側のバルブ８と電池本体側のバルブ２６とのいずれが先に開くか、すなわちバルブの開閉順序に関しては、各々のバルブ本体を付勢している圧縮スプリング１０，２７のばね係数の大小に依存している。本実施形態のようにカートリッジ側の圧縮スプリング１０のばね係数ε１のほうを電池本体側の圧縮スプリング２７のばね係数ε２より大きく（ε１＞ε２）した場合は、電池本体側のバルブ２６が先に開き、カートリッジ側のバルブ８が後に開く。これに対して、電池本体側の圧縮スプリング２７のばね係数ε２のほうをカートリッジ側の圧縮スプリング１０のばね係数ε１より大きく（ε１＜ε２）すると、カートリッジ側のバルブ８が先に開き、電池本体側のバルブ２６が後に開く。
【００４７】
本実施形態の装置では、接液部分に卑金属材料が露出しないように、バルブ開閉駆動用のスプリングに表面処理（貴金属めっき）を施すか、または非金属被覆層（樹脂コーティング）で表面を覆うようにしているので、陽イオンの混入による電池性能の劣化を防ぐことができる。
【００４８】
次に、図７及び図８を参照して他のバルブ用圧縮スプリングの例について説明する。
【００４９】
上記実施形態ではバルブ用圧縮スプリングに円筒形状のコイルバネを用いるようにしたが、本発明に用いる圧縮スプリングはこれのみに限定されるものではなく、円筒コイル形状以外の他の各種形状のスプリングを弁体駆動に用いることができる。例えば図７に示す台形コイルバネ２７Ａを電池本体側バルブ２６に用いることができる。台形コイルバネ２７Ａは、一端側に小径部２７ｅ、他端側に大径部２７ｆをそれぞれ有し、１コイルピッチごとにその直径が線材の径以上に増減するようにテーパースパイラル状にコイル形成されたものである。このような台形コイルバネ２７Ａは、圧縮されたときにコイル線材同士が重なり合わないようにして線材の径に近い最小厚み（軸方向サイズ）が得られるようにしている。携帯電話のようなモバイル機器では燃料電池を小型化する要求が強くあるため、台形コイルバネ２７Ａを用いると、バルブ室内における圧縮時のスプリングの占有容積を最小にすることができ、弁体の変位ストロークをかせぐことができるとともに、バルブ室を可能な限り小さくすることができるという利点がある。
【００５０】
また、図８の（ａ）（ｂ）に示す板バネ２７Ｂを電池本体側のバルブ２６に用いることもできる。板バネ２７Ｂは、リング状の基材２７ｇの一部にコ字状の切り込みを入れて立上げ部２７ｈを６つ形成してなるものである。６つの立上げ部２７ｈは、図８（ａ）に示すように、中心軸振り分け等ピッチ間隔に配置され、上方から押さえつけると弾性的に変位して基材２７ｇ内に沈み込み、基材２７ｇとほぼ面一になり、板バネ２７Ｂ全体の厚みが基材２７ｇの厚みとほぼ等しくなる。除荷すると、立上げ部２７ｈは弾性的に変位して元の形状に戻る。このような板バネ２７Ｂを用いても上記の台形コイルバネと同様の効果が得られる。
【００５１】
以上、台形コイルバネまたは板バネを電池本体側のバルブに用いる例について説明したが、カートリッジ側のバルブにも台形コイルバネまたは板バネを用いることができることは勿論である。また、これらの台形コイルバネまたは板バネを、図６に示すように、耐食性に優れた被覆層２７ｃで覆うことも勿論できる。
【００５２】
なお、上記の実施形態ではカートリッジから燃料電池のタンクにメタノール等の液体燃料を注入するための液注入システムの場合について説明したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、カートリッジから燃料電池の固体電解質膜に水を補給するための水注入システムにも本発明を適用することができる。水注入システムを用いて適量の水を注入することにより、発電動作停止後に燃料電池を長時間放置した場合であっても、燃料電池内の固体電解質膜を加湿することができるので、燃料電池を容易に再起動させることができる。なお、発電動作稼働後は、発電反応により生成水が形成され、高濃度燃料により発電動作は継続するため、カートリッジ内に準備する水量は、液体燃料の量に比べて少量で足りる。
【００５３】
また、上記の実施形態では液体燃料のみを供給する液注入システムの場合について説明したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、液体燃料および水の両者の注入に兼用することができる液注入システムにも本発明を適用することができる。すなわち、カートリッジ容器の内部を２室に仕切り、その１室に液体燃料を収容し、他の１室に水を収容して、カートリッジ本体に別々に設けたノズルから液体燃料と水を別々に燃料電池本体に供給するようにしてもよい。但し、この場合は燃料電池本体側の注入口も液体燃料用と水用とに別々に設ける必要がある。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、携帯電話、携帯オーディオ、ノートパソコン、携帯ゲーム機などのモバイル機器の内蔵電源として用いられる小型の燃料電池に高濃度メタノール等の液体を安全に注入するのに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の燃料電池の液注入装置を示す内部透視断面図。
【図２】カートリッジノズルを燃料電池の注入口に挿入した第１段階の液注入装置を示す内部透視断面図。
【図３】カートリッジノズルを燃料電池の注入口に押し込んだときの第２段階の液注入装置を示す内部透視断面図。
【図４】カートリッジノズルを燃料電池の注入口にさらに押し込んだときの第３段階の液注入装置を示す内部透視断面図。
【図５】カートリッジノズルを燃料電池の注入口にさらに押し込んだときの第４段階の液注入装置を示す内部透視断面図。
【図６】（ａ）はカートリッジ側バルブ用圧縮スプリングの断面図、（ｂ）は電池本体側バルブ用圧縮スプリングの断面図。
【図７】他の実施形態のバルブ用圧縮スプリング（台形コイルバネ）を示す図。
【図８】（ａ）は更に他の実施形態のバルブ用圧縮スプリング（板バネ）を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の圧縮スプリング（板バネ）の側面図。
【符号の説明】
【００５６】
１…カートリッジ、２…容器、３…貯液スペース
４…カートリッジベース、４ａ…バルブシート（弁座）、５…パッキン
６…カートリッジノズル
６ａ…液吐出口、６ｇ…溝
７…中栓、７ｃ…連通孔
８…バルブ（弁体）、８ａ…ガイドピン、
８ｂ…第１のニードル（バルブステム）、８ｃ…ニードル先端、８ｄ…ストッパ、
８ｈ，８１…シールリング保持溝
９…バルブ室スペース
１０…圧縮スプリング、１０ｂ…母材、１０ｃ…被覆層
１１…Ｏリング（シールリング）
２０…注入口
２０ａ…液受入口、２１…上部材、２２…中間部材、２２ａ…バルブシート（弁座）
２３…下部材、２３ａ…連通孔
２５…弾性体ホルダ（ゴムホルダ）
２６…バルブ（弁体）、２６ａ…ガイドピン、
２６ｂ…第２のニードル（バルブステム）、２６ｃ…ニードル先端、２６ｄ…ストッパ
２７…圧縮スプリング（円筒コイルバネ）、
２７Ａ…圧縮スプリング（台形コイルバネ）、
２７Ｂ…圧縮スプリング（板バネ）、
２７ｂ…母材、２７ｃ…被覆層（メッキ又はコーティング）、
２７ｅ…小径部、２７ｆ…大径部、２７ｇ…基材、２７ｈ…立上げ部、
２８…シールリング、２９…バルブ室スペース、３０…突起。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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